Введение к работе
Актуальность задачи. Широкое исполюовагае АСУ в различай государственных структурах вызвало необходимость разработки средот эавдпы от НСД к информации и аугенпф«ацда польасяаі^^
оно и тероризмом все более актуальным становится номшягаюерЕшятецюблемы идетифшстгииличностаОднодшперсгтивны
инфорьйпионной безопасности является испальасванжбиомечяпесхих методов защиты от НСД. Анализ основных типов биометрических систем аутентификации показал, что наиболее перспективным направлением является использование динамической биомет-ржДостоіилвсмдаївмичесжойбіюмефштя нэстьеЗматемагическоймодели
Сложность решения многомерных задач, высокие требсяшиякгтрсизюдитетьно-сш систем динамической биометрии гуедог|)еделиш г|>именение нетрадиционньк 1^ раллельных методов и средств обработки информации. Персдасіивньмгодходомкре-шениюданжйзадачияішясяистльзованиешічххжг^ информации. Широкое применение данных тєхшютийі|жіюстгяєниисистш идентификации и аутентификации пользователя по биометрическим параметрам эффеиивда для решения так называемых трулноформализуемьк задач. Эффективность функциони-рования систем биометрической идентификации и ^твнгификштшпсшляателязавікіп' от первичі^ обработки сигаалов,ккот^
сгву и производительности. Цифровая обработка сигналов и изображений в реальном масштабе времени хорошо предстакіиеіия в нейросетеяомбазивгзасяетш»ісокогопарал-лелизма Переход от одномерной обработки сигналов к мнтжсерісйсистпьзованием цзлочисленной арифметики и параллельной организации вычислений, идеально сопря-гаощейся с нейросетевым базисом, предргріделипповьшіенньїйишерескіїрименаїию полиномиальной системы класса вычетов (ПСКВ) в спгцпроцгссорах (СП) первичной обработки сигналов. Однако вопросам обеспечения высокой надежности работы СП ЦОС не уделяется достаточного внимания. В то же самое вреш СП пгрвичктйсфботки сигналов, относятся кчислу наименее надежнж устройств.
Таким образом, очевидно одно из основных грлсргчий:содной(лорсш,ііосіо-янный рост требований к сжоростным и точностным харакіерилтткамнейрооетевьгхСП первичной обработки сигналов для систем биометрической ідатіригаїтиииауіеніифи-кации приводит к необходимости организации парашіельньіхії>ічислеаій в алгебраических системах, обладающих свойством кольца или пошя, а, с другой стороны, при этом увеличивается частота возникновения отказов, и возрастает время простоя системы СКУД, вызванное трудностью отыскания неисправности.
Таким образом, целью диссертационной работы является синтез минимально избы
точных ошэоустойчивых вычислительных структур тяиномвальной системы класса
вычетов для реализации цифровой обработки сигнала в нейросегевом базисе, а так же
разработка методов и алгоритмов, позволяюгщ}х_ся!фашін--работоспособное
ахтоявиеСТЦОСгтривсшшкнсвенииотма^^ их годов ПСКВ.
\_^ш
Предметы исследования:
-
Метод и аппаратная реализация в нейросетевом базисе структурного нагруженного резервирования, позволяющего обеспечить СП ПСКВ устойчивость к отказам в процессе функционирования.
-
Алгоритмы использования временной избыточности, базирующиеся на многократном пересчете спектральных составляющих сигнала с последующим применением расширенных наборов решающих правил, которые ориентированны на исправление многократных ошибок.
-
Корректирующие способности кодов ПСКВ.
4. АшюритмьіпоискаилокализапииошибкивПСКВиихнейросетевая реализация.
Научная задача, решение которой содержится в диссертационной работе - теоретическое обоснование построения отказоустойчивых нейросе-тевых СП ЦОС на основе применения структурной и временной избыточности, а также корректирующих способностей кодов ПСКВ.
В интересах решения общая научная задача разбита на пять частных научных задач:
1. Разработка метода структурного нагруженного резервирования
нейросетевого СП ПСКВ.
2. Разработка алгоритмов, позволяющих парировать многократные
ошибки, вызванные отказами вьиислительньж трактов непозиционного
спецпроцессора ЦОС, и базирующихся на временной избыточности ал
гебраической системы ПСКВ.
-
Доказательство целесообразности применения корректирующих кодов ПСКВ для построения отказрустойчивых непозиционных СП.
-
Разработка алгоритмов контроля и коррекции ошибок и их реализация в нейросетевом базисе.
-
Разработка методики построения отказоустойчивых СП цифровой обработки сигналов, функционирующих в ПСКВ
Научную новизну работы составляют:
1. Впервые обоснована и решена задача оптимального резервирования структуры СП ПСКВ. Применение структурного резервирования позволяет разрабатывать отказоустойчивые вычислительные структуры, обладающие более высокой вероятностью безотказной работы по сравнению с позиционными СП ЦОС, реализующими метод «2 из 3».
-
Разработаны алгоритмы использования временной избыточности, ориентированный на исправление многократных ошибок, вызванных отказами модулей СП ЦОС. Пересчет спектра сигнала с последующим применением расширенного набора решающих правил позволяет осуществлять ЦОС даже при отказе трех вьиислительньж трактов СП ПСКВ.
-
Теоретические основы построения корректирующих кодов ПСКВ, доказанные теоремы и следствия, определяющие информационную надежность и избыточность модулярных кодов класса вычетов.
-
Методы и алгоритмы поиска и коррекции ошибок в кодах ПСКВ, реализованные на основе вычисления позиционных характеристик, которые в отличие от ранее известньж характеризуются минимальными аппа-
ратными и временными затратами
5. Методика синтеза устойчивого к отказам непозиционного спецпроцессора ЦОС, функционирующего в ПСКВ.
Методы исследования базируются на использовании математического аппарата теории чисел, теории полей Галуа, теории кодирования, теории цифровой обработки сигналов, теории вероятности и теории нейронных сетей.
Достоверность и обоснованность проведенных исследований подтверждается физической аргументированностью и математической корректностью исследуемых вопросов, строгостью принятия допущений и введенных ограничений, использованием апробированного математического аппарата, сходимостью результатов расчета с результатами моделирования на ПК и известными из литературных источников, полученными на основе эвристических соображений.
Практическая ценность работы:
Разработан алгоритм оптимального структурного резервирования непозиционного нейросетевого СП ЦОС, функционирующего в ПСКВ.
Разработаны алгоритмы использования временной избыточности при функционировании СП ПСКВ, позволяющие исправлять многократные ошибки, вызванные отказами вычислительных трактов СП ЦОС.
Представлены запатентованные устройства коррекции ошибки, реализующие алгоритмы с расширенным набором решающих правил.
Разработаны алгоритмы поиска и локализации ошибки, реализованные в нейросетевом базисе.
Разработана методика построения непозиционного СП ЦОС, функционирующего в ПСКВ.
